新型聚氨酯基材料在城市供水管道修復中的應用

林亞南

(遼寧潤中供水有限責任公司，遼寧 沈陽 110000)

由于城市工業化發展及居民日常需求耗水量較大，在長期大量供水、寒冷天氣以及腐蝕環境影響下，城市供水管道會產生局部的開裂或破壞[1- 3]。城市供水管道的破壞，不僅會嚴重影響區域居民生活和工廠運轉，還會導致淡水資源的大量浪費[4- 6]。因此，研究開發出快速、有效的供水管道修復方法具有重要的意義。

目前，關于城市供給水管道修復工作的研究得到了我國學者和專家的關注。錢吉洪等[7]依托于上海市某給水管修復工程，深入分析了常溫固化非開挖修復技術的工作原理及其在給水管道非開挖修復中的應用，研究成果為供水管道的修復提供了指導作用。郭函君[8]研究分析了紫外光固化修復工藝在水利工程供水管道現場固化內襯修復工作中的應用，并將這種工藝與水翻法進行了對比，指出新工藝不僅降低了成本，還縮短了工期，具有較大的優勢。陳衛星[9]提出采用內噴涂修復的施工方法，并將其應用到上海市雙陽路某管道修復中，并指出在不便開挖地區的老化管道修復中的特殊優勢。

綜上所述，現有研究主要是從施工工藝角度對管道修復展開了研究，而對新型修補材料的開發與研究較少[10- 12]。本文基于室內試驗，對拉力封安(LLFA)、居醫(JY)以及新型聚氨酯(JAZ)3種不同修補材料的拉伸強度、吸水性和抗疲勞破壞能力展開了研究。研究成果為我國城市供水管道修復工作提供了一定借鑒。

1 研究背景

目前，我國推廣應用的給水管道主要為單層高聚合物管道，如高密度聚乙烯管道，其耐腐蝕的作用、抗壓強度較好。然而，在我國北方各城市，由于冬季溫度較低，存在給水管道內水凍結膨脹，導致給水管道破裂漏水的問題。由于上述問題，我國北方某城市擬對該市核心區域開展給水管道改造試點工程，以解決城市冬季給水管道破裂及其引發的地方居民區斷水問題。

2 試驗設計

2.1 原材料

為研究JAZ材料在供水管道修復中的應用性能，本次研究選取了LLFA和JY 2種材料作為對照試驗組，對比分析JAZ材料的修補性能。因此，本次研究涉及到的材料具體如下：①JAZ修補材料；②JY修補材料，白色、黑色、透明色；③LLFA修補材料。

2.2 試驗設計

本次研究主要是針對3種不同材料在管道修補中的修復性能展開試驗，因此，室內設計了拉伸試驗、吸水性試驗和疲勞試驗。其中，拉伸試驗和疲勞試驗是利用萬能試驗機，材料的長度均為100mm，密封膠條厚度均為1.00mm。吸水性試驗則是將3種材料均于室溫條件下置于水中浸泡，浸泡總時長為12d，每隔1d時間取出稱重，測定材料的吸水率。

3 試驗結果分析

3.1 抗拉性能

膠帶狀止水材料在用于供水管道修復時，主要是依靠材料的高彈性和較好的抗拉伸能力，因此，供水管道修復材料的抗拉能力是決定其工程性能的重要參數。基于室內拉伸試驗對LLFA、JY和JAZ 3種不同供水管道修補材料的拉伸力學性能參數見表1。由表1可知，在3種不同的供水管道修補材料中，拉伸強度最大的是JAZ材料，其拉伸強度可達到32.11MPa，大約是LLFA材料和JY材料的3倍。進一步對比3種材料的拉裂伸長率可知，LLFA材料的拉裂伸長率最大為553.25%，JY和JAZ材料的拉裂伸長率比較接近，分別是428.12%和455.31%。綜上所述，從拉裂伸長率和拉伸強度角度2項拉伸力學參數來看，JAZ材料的綜合拉伸性能最佳。

表1 3種不同供水管道修補材料的拉伸力學性能參數

3.2 吸水性能

在供水管道修復過程中，修補材料的疏水、防潮性能是影響其長期工作效能的重要因素。因此，對3種不同修補材料展開了吸水性試驗，試驗結果如圖1所示。由圖1可知，對于不同的修復材料，其吸水性具有非常明顯的區別。

圖1 3種不同修補材料吸水性曲線

對于LLFA材料，隨著吸水時間的增加，其吸水率基本不變，始終保持在0～0.2%范圍內波動。

對于JAZ修復材料，在0～7d以內，其吸水性較差，吸水率基本不變，在0.1%～0.6%之間波動；而當試驗時間超過7d后，吸水率整體呈緩慢增大的變化趨勢，當試驗時間達到12d時，材料的吸水率增長到2.15%，吸水率是7d時候的3.25倍。

對于JY修復材料，其吸水性遠遠強于JAZ材料和LLFA材料。當試驗結束后(12d)，JY材料的吸水率已經達到8.43%，是JAZ材料的3.92倍。此外,在整個試驗過程中，JY修復材料吸水率一直以較快的速度保持增大。

因此，綜上所述可見，從防潮性和疏水性角度來看，JY修復材料的工程性能最差，LLFA材料的工程性能最佳。而JAZ材料的防潮性和疏水性處于二者之間，但只略差于LLFA材料，遠比JY修復材料好。

3.3 耐疲勞性

在供水管道修復過程中，修補材料的疲勞工作能力也是影響其長期工作效能的重要因素。因此，對3種不同修補材料展開了疲勞拉伸試驗，試驗結果如圖2所示。由圖2可知，對于不同的修復材料，JAZ材料的拉伸強度明顯高于其他2種修復材料。由圖可知經過50min的拉伸后，LLFA材料的拉伸應力持續降低，最終只能維持在7N左右的拉伸應力進行疲勞試驗。由此可知，LLFA材料的抗疲勞拉伸能力較差。進一步對比JY和JAZ材料可以發現，在初始條件下，JAZ材料的拉伸應力就遠高于其他材料，這表明JAZ材料的拉伸強度較大。而經過50min的拉伸疲勞試驗后，JAZ材料的拉伸力從21N降低到15.7N，而JY材料的拉伸力則是從15.5N降低到13N，其下降幅度遠低于JAZ材料。此外，經過500min的疲勞試驗后，JY材料的拉伸力幾乎不變，而JAZ材料則產生了小幅度的下降。由此可見，JY材料具有比較好的抗疲勞破壞能力。

圖2 3種不同修補材料疲勞試驗曲線

4 結語

(1)在3種不同的供水管道修補材料中，拉伸強度最大的是JAZ材料，其拉伸強度可達到32.11MPa，大約是LLFA材料和JY材料的3倍。LLFA材料的拉裂伸長率最大為553.25%，JY和JAZ材料的拉裂伸長率比較接近，分別是428.12%和455.31%。

(2)隨著吸水時間的增加，LLFA材料的吸水率基本不變，始終保持在0～0.2%范圍內波動。對于JAZ修復材料，在0～7d以內，吸水性較差，吸水率基本不變，在0.1%～0.6%之間波動。

(3)本次研究僅限于拉伸強度、抗疲勞破壞能力以及疏水性3個方面的研究，而對其粘結力、抗溫度變形等方面的試驗研究則未能涉及到，下一步應當增加此方向的研究。